一种防采动井套管变形的柔性接头

1.本发明属于煤层气开采领域，具体涉及一种防采动井套管变形的柔性接头。


背景技术：

2.我国以煤炭为主要能源的趋势在今后一段时间内不会发生很大的改变。煤炭开采过程中伴随有瓦斯的涌出，若对瓦斯治理措施不到位，有可能造成人员伤亡。同时，瓦斯也是一种清洁能源，对其进行开发可有效缓解我国天然气供应量不足的局面。因此，从煤矿安全生产和资源利用的角度来看，应该对煤层瓦斯进行抽采利用，从地面钻井并进行抽采是进行瓦斯利用的方式之一。
3.地面井抽采一般分为采前预抽、采动抽采和采空区抽采。采前预抽井主要是煤炭开采前进行抽采；采动抽采井主要是利用煤炭的回采使围岩体扰动并产生裂隙，大量瓦斯运聚进行抽采。采空区抽采井主要是对已经回采的煤炭的采空区内的瓦斯进行抽采。
4.但是在地面钻井抽采瓦斯的过程中，由于工作面的回采，开采煤层上覆岩层会发生不同程度的移动与断裂，运动的岩层对地面瓦斯抽采井的套管产生不同形式的破坏，抽采套管最主要的破坏形式有三种：拉伸、挤压、剪切。受到变形破坏的钻井，瓦斯抽采效率会显著降低，甚至不产气。
5.当前对套管的保护措施主要以强化为主，比如对于软及中等硬度的覆岩中，尤其是在关键层、厚积岩层界面及厚表土层下界面等明显危险段，可以通过在套管破坏危险区域内增加外加辅助强化套管、外加筋等方法增强其抵御岩层层面滑移和离层位移。这种防护措施能够增大抽采钻井套管的强度，但并不能提高套管局部变形能力。
6.因此亟需研制出一种装置，能够解决煤层气井抽采过程中的套管局部变形问题，使煤层气抽采效率显著提高。


技术实现要素：

7.针对目前地面钻井抽采瓦斯的过程中，由于地层的蠕变和滑移，在软硬岩差异大的岩层中对抽采套管产生异常高的非对称性载荷，使套管承受非均匀挤压，导致抽采套管变形破坏的问题，本发明提供一种防采动井套管变形的柔性接头。
8.本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种防采动井套管变形的柔性接头，包括弹性保护外壳、金属软管、内密封软管、两个法兰盘以及n个金属环，所述弹性保护外壳、金属软管和内密封软管均为内部中空、两端敞口设置。
9.两个法兰盘分别固定安装在弹性保护外壳的两端，金属软管设置在弹性保护外壳内，其两端分别与两个法兰盘的轴孔内沿固定连接，内密封软管套装在金属软管内。
10.n个金属环从上至下依次套装在金属软管上，金属环的外圈环绕设置有m个减震器，减震器的末端可拆卸的安装在金属环上，其首端可拆卸的安装在弹性保护外壳上。
11.法兰盘的轴孔内沿设置有密封件，密封件与金属软管和内密封软管的端头密封连接。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述弹性保护外壳为橡胶材料制造。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述金属软管包括波纹管和金属网套，波纹管套装在金属网套内。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述内密封软管为橡胶管。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述弹性保护外壳的外径小于套管半径的二分之三。
16.作为本发明的一种优选技术方案，所述弹性保护外壳上开设有多个预留孔，预留孔内设置有螺栓，减震器的首端可拆卸的安装在螺栓的头部。
17.作为本发明的一种优选技术方案，所述螺栓和金属环的相对侧均固定安装有连接件，两个连接件内分别安装有减震器的首端和末端。
18.作为本发明的一种优选技术方案，所述连接件为弹簧扣，弹簧扣固定安装在螺栓的头部或金属环上，弹簧扣内设置有减震器的首端或末端。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述连接件包括环体，环体固定安装在螺栓的头部或金属环上，环体的直线段设置有开口，开口内设置有活动杆，活动杆的一端通过销轴铰接安装在开口内，环体内设置有减震器的首端或末端。
20.作为本发明的一种优选技术方案，所述环体对应活动杆的杆体上开设有外螺纹，外螺纹上螺纹连接有螺母，螺母对应活动杆的一侧固定连接有锁套，锁套的内径与活动杆的外径匹配。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过设置弹性保护外壳、金属网套、波纹管和内密封软管，能够为套管提供更大的扭转度，有效的避免套管局部变形破坏，提高了地面采动井的抽采年限，确保采动煤层瓦斯和采空区瓦斯的地面钻井有效抽采，提高瓦斯抽采效率。
22.2、本发明通过将弹性保护外壳采用橡胶材料制造，橡胶具有弹性、绝缘性、抗磨、抗蚀以及不透气的优良特点，在下入钻井的过程中避免了与井壁摩擦产生火花的问题。
23.3、本发明通过设置金属网套，金属网套具有较强的耐腐蚀能力，具有较强的柔韧性、伸缩性、弯曲和抗震能力强，使之具有更高的承压能力，通过设置内密封软管，不仅增加了整体的柔韧性，还使该柔性接头的内部密封性更好。
24.4、本发明通过设置减震器，减震器能有效地控制各种频率的振动和摆动，减少从该设备向支承结构或从支承结构向该设备传递振动或冲击力。
25.5、本发明通过设置金属环，金属环主要是限制金属软管和内密封软管摆动的空间，避免摆动幅度过大损坏内部结构。
26.6、该防采动井套管变形的柔性接头，能耐受油、水等侵蚀，温度变化不影响性能，不会老化，不发生蠕变。
附图说明
27.图1为本发明实施例一立体结构示意图；图2为本发明实施例一弹性保护外壳正视剖面结构示意图；图3为本发明实施例二减震器、金属环和螺栓正视放大结构示意图；图4为本发明实施例三减震器和螺栓正视放大结构示意图；
图5为本发明实施例三螺母和锁套立体结构示意图。
28.图中：1弹性保护外壳、2法兰盘、3密封件、4螺栓、51金属网套、52波纹管、6金属环、7减震器、8内密封软管、91环体、92活动杆、93螺母、94外螺纹、95锁套、10弹簧扣。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
30.请参阅图1-5，本发明提供了一种防采动井套管变形的柔性接头的技术方案：实施例一：根据图1和图2所示，包括弹性保护外壳1、金属软管、内密封软管8、两个法兰盘2以及n个金属环6，弹性保护外壳1、金属软管和内密封软管8均为内部中空、两端敞口设置，弹性保护外壳1的外径小于套管半径的二分之三，弹性保护外壳1为橡胶材料制造，通过将弹性保护外壳1采用橡胶材料制造，橡胶具有弹性、绝缘性、抗磨、抗蚀以及不透气的优良特点，在下入钻井的过程中避免了与井壁摩擦产生火花的问题，内密封软管8为橡胶管，通过设置弹性保护外壳1、金属网套51、波纹管52和内密封软管8，能够为套管提供更大的扭转度，有效的避免套管局部变形破坏，提高了地面采动井的抽采年限，确保采动煤层瓦斯和采空区瓦斯的地面钻井有效抽采，提高瓦斯抽采效率。
31.法兰盘2由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓、螺母组成，法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连，垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使连接严密不漏。
32.法兰连接也是一种可拆连接，因此在实际工程中根据不同的压力选用不同厚度的法兰和不同的螺栓，垫片采用铜、铝、号钢、不锈钢制成的透镜型金属垫片，与密封面的接触宽度非常窄(线接触)，密封面与垫片的加工光洁度较高，密封性更好，两个法兰盘2分别固定安装在弹性保护外壳1的两端。
33.金属软管设置在弹性保护外壳1内，其两端分别与两个法兰盘2的轴孔内沿固定连接，金属软管单位重量轻、弯曲半径小、口径一致性好、连接方便，金属软管包括波纹管52和金属网套51，通过设置金属网套51，金属网套51具有较强的耐腐蚀能力，具有较强的柔韧性、伸缩性、弯曲和抗震能力强，使之具有更高的承压能力，波纹管52套装在金属网套51内，内密封软管8套装在波纹管52内，通过设置内密封软管8，不仅增加了整体的柔韧性，还使该柔性接头的内部密封性更好。
34.本实施例中金属环6的数量为三个，当然金属环6的数量也可以为四个、五个甚至更多，三个金属环6从上至下依次套装在金属网套51上，通过设置金属环6，金属环6主要是限制金属软管和内密封软管8摆动的空间，避免摆动幅度过大损坏内部结构。
35.金属环6的外圈环绕设置有m个减震器7，本实施例中减震器7的数量为两个，两个减震器7对称设置在金属环6的两侧，当然减震器7的数量也可以为三个，甚至更多个，减震器7的末端可拆卸的安装在金属环6上，弹性保护外壳1上开设有多个预留孔，预留孔内设置有螺栓4，减震器7的首端可拆卸的安装在螺栓4的头部，通过设置减震器7，减震器7能有效地控制各种频率的振动和摆动，减少从该设备向支承结构或从支承结构向该设备传递振动或冲击力。
36.法兰盘2的轴孔内沿设置有密封件3，密封件3与波纹管52、金属网套51和内密封软
管8的端头密封连接。
37.实施例二：在实施例一的基础之上，如图3所示，螺栓4和金属环6的相对侧均固定安装有连接件，两个连接件内分别安装有减震器7的首端和末端，连接件为弹簧扣10，弹簧扣10固定安装在螺栓4的头部或金属环6上，弹簧扣10内设置有减震器7的首端或末端，通过设置弹簧扣10，一方面能够对减震器7进行支撑固定，另一方面在减震器7损坏时，方便对减震器7进行更换。
38.实施例三：在实施例二的基础之上，如图4和图5所示，连接件包括环体91，环体91固定安装在螺栓4的头部或金属环6上，环体91的直线段设置有开口，开口内设置有活动杆92，活动杆92的一端通过销轴铰接安装在开口内，环体91内设置有减震器7的首端或末端，环体91对应活动杆92的杆体上开设有外螺纹94，外螺纹94上螺纹连接有螺母93，螺母93对应活动杆92的一侧固定连接有锁套95，锁套95的内径与活动杆92的外径匹配，通过正向转动螺母93，继而在外螺纹94的作用下，使螺母93和锁套95向活动杆92靠近，继而使锁套95移动活动杆92的上方，对活动杆92进行限制，使活动杆92不会自动打开，以保证减震器7在使用过程中的稳定性，并且在减震器7更换维护时，只需要逆向转动螺母93，使锁套95与活动杆92分离，便可以对减震器7进行更换，更换方便快捷。